天津8·12事故后硝酸盐在土壤地下水中的迁移规律研究

作     者：梁少攀 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘丽艳

授予年度：2018年

学科分类：0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 083001[工学-环境科学] 08[工学] 

主      题：天津港8.12爆炸事故 硝酸盐 吹填土 溶质运移 HYDRUS HYDRUS-MOFLOW/MT3D数值模型 

摘      要：天津港“8·12瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故,导致2400余吨硝酸盐泄漏,对当地生态环境和人体健康构成严重威胁。事故地点复杂的环境及土壤条件导致硝酸盐的迁移过程更为复杂。本课题作为国家自然科学基金应急项目《时空变化条件下危化品污染物迁移扩散规律研究》的一部分,采用理论分析、实验测试与数值模拟的方法,对硝酸盐泄漏后在非饱和土壤和地下水环境中的迁移规律进行了研究,以期为后期的环境修复和治理提供理论支撑。本文首先分析了事故地点土壤的基本理化性质;根据水流渗流和溶质对流-弥散的基本理论,建立了水盐运移的基本方程;根据土柱实验设计准则,设计并搭建了一维土柱实验;运用HYDRUS-1D软件建立了一维非饱和溶质运移模型,设计L(3)的正交模拟实验,研究不同因素对溶质迁移规律的影响;并在大尺度条件下,建立了HYDRUS-MOFLOW/MT3D数值模型,研究溶质在当地土壤地下水环境下的迁移规律。结果表明,事故地点的土壤为人工吹填土,具有粘土成分高、渗透性低、持水能力强等特点;一维土柱实验和正交模拟结果显示水补给速率和土壤初始含水率是对溶质迁移速率和浓度分布影响相对最显著的两个因素,其次是初始浓度和容重;浅层土壤中,水分和溶质浓度的变化规律与补给速率等因素更为密切,说明浅层土壤对外界条件反应更敏感。在此基础上,充分考虑大气、降雨等自然条件,将非饱和HYDRUS-2D的模型的底部边界通量作为饱和带MODFLOW/MT3D模型顶部边界的输入通量,建立HYDRUS-MOFLOW/MT3D数值模型。模拟结果显示,溶质在非饱和带中以垂向迁移为主,约在330天后抵达潜水面,非饱和带对溶质具有强的吸附截留作用,2年后约有20%的硝酸盐进入饱和含水层;进入到饱水带的污染物,以水平迁移为主,整体迁移趋势为自西北向东南方向迁移。研究结果为当地污染物防治和土壤地下水环境的修复方案制定提供了参考。